JPH0778001A

JPH0778001A - デジタルコントローラ

Info

Publication number: JPH0778001A
Application number: JP22357693A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Takagi; 木康夫高; Minoru Iino; 野穣飯
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-09-08
Filing date: 1993-09-08
Publication date: 1995-03-20

Abstract

(57)【要約】【目的】デジタルコントローラに搭載されている従来
制御則を、制御パラメータを十分に事前調整することが
困難な新規制御則に切替える際に生じ得る、制御対象の
予測できない異常応答を避ける共に、制御則間の移行を
容易にする。【構成】使用されている従来の制御則と、これから切
替えようとする新規制御則の、少なくとも２種類の制御
則を持つデジタルコントローラに、合計すると１になる
重みを夫々の制御則の出力に掛ける手段と、重みを掛け
た各制御則の出力の和を得る手段と、上記重みを相補的
に変化させる手段と、を備える。【効果】一般的に、新しい制御則の制御パラメータの
事前調整は十分ではないので、従来のように一時に制御
則を切替えると、制御対象の状態が目標状態から外れ、
安定性を損ない、危険を伴うことがある。本発明では、
一方の制御則から他方の制御則に徐々に移行するので、
制御対象が危険な状態に陥る前に容易に元の制御則に戻
すことができ、新しい制御則の再調整も可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工場プラント、メカト
ロニクス装置等に用いるデジタルコントローラに関し、
特に、同一制御対象に複数の制御則を実行することが可
能なデジタルコントローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、様々な産業分野でマイクロプロセ
ッサや計算機を応用したデジタルコントローラが普及し
ている。これに伴って、このコントローラに載せる制御
則も、デジタルコントローラのアルゴリズムの柔軟性を
活用して、ファジィ制御や最適制御など種々のより高度
なものが実用化されつつある。これにより、従来のＰＩ
Ｄ（比例・積分・微分）制御では実現が困難であった高
度な制御や柔軟な制御が実現している。

【０００３】このように高度な制御性能を実現し得る進
んだ制御アルゴリズムであっても、その性能を十分に発
揮させるには、十分に調整された制御パラメータを使う
必要がある。パラメータの調整は、通常、まず、制御し
ようとする対象の応答波形を分析して、その動特性を把
握することから始まる。この波形から制御対象のゲイン
や時定数等を測定して、これに合う制御パラメータを設
定する。そして、図４に示すように、デジタルコントロ
ーラに格納された、例えば現在の制御則であるＰＤ演算
部１及び積分部２からなる制御則の制御プログラムに加
えて、新規制御則としてモデル予測制御則等の高度制御
アルゴリズムの制御プログラムを搭載し、ある時点で、
新規制御プログラムに実行を切替える。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高度制
御アルゴリズムであっても最初に決めた制御パラメータ
で十分な性能が得られることは殆ど無く、実際の制御対
象の応答波形を見ながら徐々に制御パラメータを調整す
ることが必要である。このため、最初に高度制御アルゴ
リズムを試験するときには安全に対する十分な配慮が必
要である。つまり、従来方式を高度制御アルゴリズムに
急に切替えると、従来の制御方式で動作していた制御対
象の動作応答が予測不能だからである。従来は、このリ
スクを承知のうえで極めて慎重に制御状態を観察しなが
ら制御アルゴリズムを切替えていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のデジタルコントローラは、少なくとも第１及び
第２の制御則を有し、これらの制御則によって同一の制
御対象を制御するデジタルコントローラにおいて、上記
第１の制御則による出力に係数α（ただし、０≦α≦
１）を乗ずる第１の係数乗算手段(4) と、上記第２の制
御則による出力に係数（１−α）を乗ずる第２の係数乗
算手段(6) と、上記第１及び第２の係数乗算手段の出力
を加算する手段(5) と、上記第１及び第２の係数乗算手
段の各係数を互いに相補的に変化させる係数設定手段(2
1,22) と、を備えることにより、一方の制御則による出
力(1) から他方の制御則による出力(3) に徐々に切替え
るようにしたこと、を特徴とする。

【０００６】また、上記第１及び第２の制御則各々は、
同一若しくは異なる種類の制御則による出力を合成して
出力する制御則グループであっても良い。

【０００７】また、上記第１及び第２の制御則は、例え
ば、一方がＰＩＤ制御則、他方がモデル予測制御則であ
る。

【０００８】また、上記係数設定手段は、例えば、ボリ
ューム、若しくは表示画面上にアイコン化されたスライ
ダである。

【０００９】

【作用】制御則の出力にかける重みを、一方を増やし、
他方を減らすようにして順次調整することにより、現在
の制御則から他の制御則へ滑らかに切替えることができ
る。すなわち、最初は現在の制御則から出力される操作
量変化分信号の重みを「１」とし、他の制御則から出力
される操作量変化分信号の重みを「０」とする。次に、
現在の制御則の重み係数を相補的に変化していく。これ
により、２つの制御則をスイッチ的に急に切替えるので
はなく、一方の制御則から他方の制御則へ滑らかに移行
して制御則を入替えることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図１を参照し
て説明する。同図において図４に記載された部分と対応
する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略
する。図１は、少なくとも２つの制御則を行うデジタル
コントローラの機能ブロック図を示しており、大別し
て、１つの制御則に対応するＰＤ制御則による演算を行
うＰＤ演算部１、ＰＤ演算部１の出力に係数（１−α）
を乗ずる乗算部４、他の制御則に対応するモデル予測制
御則による演算を行うモデル予測制御部３、モデル予測
制御部３の出力に係数αを乗ずる乗算部６、乗算部４及
び乗算部６の出力を加算する加算部５、加算部５の出力
である操作量変化分を前回操作量に重畳する積分部２に
よって構成される。積分部２の出力は今回操作量として
図示しない制御対象に与えられる。ここで、係数αは０
〜１の値を取り、後述する係数設定器によって設定され
る。

【００１１】ＰＤ演算部１は、ＰＤ制御則を行うｎ個の
ＰＤ演算器１ａ〜１ｎからなる。図示しない制御対象か
らｎ個の制御量の変化分Δｘ₁，Δｘ₂，…Δｘ_nが夫
々ＰＤ演算器１ａ〜１ｎに供給され、各変化分について
ＰＤ演算が行われる。

【００１２】乗算部４は、ｎ個の乗算器４ａ〜４ｎから
なり、各ＰＤ演算値に対して設定された係数（１−α）
を乗ずる。乗算器４ａ〜４ｎの各出力は加算部５に供給
される。

【００１３】モデル予測制御部３は、毎制御周期毎に目
標値と制御量の誤差の２乗と、操作量の変化分の２乗の
和からなる、以下の評価関数Ｊを最小にするように、操
作量変化分Δｕを計算する多変数制御則である。

【００１４】

【数１】モデル予測制御部３のｎ個の各出力にはｎ個の乗算器か
らなる乗算部６によって係数αが乗ぜられる。加算部５
は、ｎ個の加算器５ａ〜５ｎからなり、ＰＤ演算器の出
力に（１−α）を乗じる乗算器４ａ〜４ｎの各出力と、
モデル予測制御部３の出力にαを乗じる乗算部６の各出
力とを夫々加算して、各制御による操作量変化分を合成
する。合成された各操作量変化分Δｕ₁〜Δｕ_nは、ｎ
個の積分器２ａ〜２ｎによって前回操作量ｕ⁰ ₁〜ｕ⁰
_nに夫々加算され、今回操作量ｕ₁〜ｕ_nが計算され
る。

【００１５】図２は、乗算器４ａ〜４ｎ及び乗算部６に
係数を設定する係数設定器を示しており、同図において
２１は、デジタルコントローラの制御状態表示用ＣＲＴ
画面に表示されたスライダツール２１を示している。ス
ライダツール２１はオブジェクト指向型プログラム開発
環境において提供されるものであり、スライダのつまみ
の位置ｐに応じたレベル出力Ｐが得られる。スライダの
つまみは、例えば図示しないマウス操作によって上下に
移動する。このレベル出力Ｐは係数演算部２２によっ
て、０〜１の間で相補的に変化する係数（１−α）及び
係数αに変換され、夫々乗算器４ａ〜４ｎ及び乗算部６
に供給される。

【００１６】例えば、図２においてつまみをスライダの
下限の位置に置く。すると、その位置ｐから計算される
αは０である。従って、制御則は純粋なＰＩＤ制御則と
なる。次に、スライダのつまみを上限に移動すると、計
算されるαは１となり、制御則は純粋なモデル予測制御
則となる。スライダのつまみの移動を制御状態を観察し
ながらゆっくり行えば、２つの制御則相互間を滑らかに
切替えることが可能となる。勿論、制御状態の観察結果
により、制御則の切替を途中でやめて、スライダのつま
みを元に戻すともできる。

【００１７】なお、このようなＣＲＴ画面上にオブジェ
クトとして表示される構成のスライダの代わりに、可変
抵抗（あるいはポテンショメータ）を用いることができ
る。

【００１８】図３は、２つの制御量ｘ₁，ｘ₂の応答波
形の例を示しており、同図（ａ）は、係数α＝０の場合
を示している。この場合は、ＰＩ制御のみなので、制御
系１と２との間の干渉のために、ｘ₁とｘ₂各々の目標
値変化に伴って、一定値に制御しているはずの他方が影
響を受けて大きく応答が揺らいでいる。係数αを大きく
するに従って、多変数制御則であるモデル予測制御の非
干渉化制御が効果を表し、同図（ｂ）の係数α＝０．５
の場合に示すように一方の目標値制御による他方の応答
への影響が減少し、更に、同図（ｃ）に示すようにαが
１になると、完全にモデル予測制御が行われて、一方の
目標値制御による他方の応答への影響が殆どなくなる。

【００１９】なお、他の制御則として、上記モデル予測
制御の他に、最適制御、多変数制御、ファジー制御等の
種々のものを用いることができる。また、実施例では、
一方の制御則は全てＰＩＤ制御則であるが、複数の種類
の制御則による一つの制御則グループから他の制御則グ
ループに制御を切替える場合にも本発明は適用可能であ
る。

【００２０】このように、一方の制御則の出力に接続さ
れる係数乗算器の計数値を１〜０に変化し、他方の制御
則の出力に接続される計数乗算器の各係数値を０〜１に
相補的に徐々に変化して２つの制御則の一方から他方に
滑らかに移行することが可能となる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、実際のプラント等
で一の制御則から他の制御則に制御態様を移行する場
合、新規制御則についての制御パラメータは実際のプラ
ント等では十分にチューンナップされていないので、一
時に制御則を切替えると、制御対象が制御目標状態から
大きく外れ、ときとしてプラント運転の安定性を損な
い、危険を伴うこともあり得る。これに対し、本発明に
よれば、制御則を切替えるにつれて従来制御則の応答が
徐々に悪くなるので、新規制御則によって制御対象が危
険な状態になる前に、容易に元の制御則に戻すと共に、
新しい制御則の再調整が容易に可能となる。従って、従
来制御則で運転している状態から新規制御則への移行コ
ストを下げることが可能となり、新規制御則導入当初の
危険を回避することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブロック図。

【図２】係数設定装置の例を示す説明図。

【図３】係数値に対する制御応答の例を示すグラフ。

【図４】従来例を示すブロック図。

【符号の説明】

１ＰＤ演算部２積分部３モデル予測制御部４乗算部５，６加算部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも第１及び第２の制御則を有し、
これらの制御則によって同一の制御対象を制御するデジ
タルコントローラであって、前記第１の制御則による出力に係数α（ただし、０≦α
≦１）を乗ずる第１の係数乗算手段と、前記第２の制御則による出力に係数（１−α）を乗ずる
第２の係数乗算手段と、前記第１及び第２の係数乗算手段の出力を加算する手段
と、前記第１及び第２の係数乗算手段の各係数を互いに相補
的に変化させる係数設定手段と、を備えたことを特徴と
するデジタルコントローラ。